* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
Download control of gene expression
Genetic engineering wikipedia , lookup
Epigenetics in learning and memory wikipedia , lookup
Cancer epigenetics wikipedia , lookup
Long non-coding RNA wikipedia , lookup
Primary transcript wikipedia , lookup
Gene therapy wikipedia , lookup
Genome evolution wikipedia , lookup
Genome (book) wikipedia , lookup
Neuronal ceroid lipofuscinosis wikipedia , lookup
Epigenetics of diabetes Type 2 wikipedia , lookup
Epigenetics of neurodegenerative diseases wikipedia , lookup
Gene desert wikipedia , lookup
History of genetic engineering wikipedia , lookup
Point mutation wikipedia , lookup
Gene therapy of the human retina wikipedia , lookup
Gene expression programming wikipedia , lookup
Site-specific recombinase technology wikipedia , lookup
Vectors in gene therapy wikipedia , lookup
Polycomb Group Proteins and Cancer wikipedia , lookup
Epigenetics of human development wikipedia , lookup
Microevolution wikipedia , lookup
Helitron (biology) wikipedia , lookup
Gene nomenclature wikipedia , lookup
Protein moonlighting wikipedia , lookup
Nutriepigenomics wikipedia , lookup
Gene expression profiling wikipedia , lookup
Designer baby wikipedia , lookup
Artificial gene synthesis wikipedia , lookup
Neuron & limfocita (ellenanyag termelés) Vörös vértestek (haemoglobin termelés) Hasnyálmirigy B sejtek: insulin A sejtek: glukagon ezekben a sejtekben ugyanazok a gének találhatóak, a különbségek pedig a génexpresszióra vezethetők vissza. A multicelluláris organizmusok sejtjei azonos DNS-t (genomot) tartalmaznak birka, szarvasmarha, disznó, kecske, egér Különféle sejtek eltérő expressziós mintázatot mutatnak. each type of tumor has a characteristic gene expression pattern DNA microarray Differences in mRNA expression patterns among different types of human cancer cells. The mRNA levels of 1800 selected genes (arranged top to bottom) were determined for 142 different human tumors (arranged left to right), each from a different patient. Each small red bar indicates that the given gene in the given tumor is transcribed at a level significantly higher than the average across all the cell lines. Each small green bar indicates a less-than-average expression level, and each black bar denotes an expression level that is close to average across the different tumors. Különféle sejtek eltérő expressziós mintázatot mutatnak. Fehérjék szintjén 2-D fehérje gél-elfo. the proteins have been separated by molecular weight (top to bottom) and isoelectric point, the pH at which the protein has no net charge (right to left). The protein spots artificially colored red are common to both samples; those in blue are specific to one of the two tissues. The differences between the two tissue samples vastly outweigh their similarities: even for proteins that are shared between the two tissues, their relative abundance is usually different. Note that this technique separates proteins both by size and charge; therefore a protein that has, for example, several different phosphorylation states will appear as a series of horizontal spots (see upper right-hand portion of right panel). A sejtek képesek megváltoztatni expressziós mintázatukat külső ingerek hatására. ehezés/fizikai terhelés Glükokortikoidok máj sejtekben: tirozin-aminotranszferáz szintézise fokozódik tirozin glükóz zsír sejtekben: tirozin-aminotranszferáz alíg fejeződik ki Az expresszió több szinten is regulálható. 1960-as évek: a géneket ki/be lehet kapcsolni – paradigma, E. coli kísérletek Eukarióták: kromatin szerkezet promoter 5’ r rr RNS-pol IS ORF r - regulátor DNS – szekvenciák (10 bp -10 kb szakasz; több száz féle) RNS-pol RNS – polimeráz II. kötőhely (50bp-nyi szakasz) IS - transzkripciós iniciációshely 3’ promoter 5’ r rr RNS-pol IS ORF 3’ r - regulátor DNS – szekvenciák (10 bp -10 kb szakasz; több száz féle) RNS-pol RNS – polimeráz II. kötőhely (50bp-nyi szakasz) IS - transzkripciós iniciációshely A gén - szabályzó fehérjék hozzákapcsolódnak a regulátor DNS szekvenicákhoz -különféle g-r fehérjék különféle DNS-szekvenciákat ismernek fel; -g-r fehérjék a DNS nagy árkában helyezkednek el; - g-r fehérjék molekuláris kölcsönhatásokat (hidrogén-, ionos-kötések, hidrofób interakciók) létesítenek nukleotidák bázisaival; - habár az egyedi molekuláris kölcsönhatások gyengék, általában 20 DNS – fehérje közti interakció stabilizálja és specifikussá teszi a kölcsönhatást; - ezek a kölcsönhatások nem eredményezik a komplementer DNS-szálak közti H-hídak felbomlását; DNS-kötő doménjeik révén a gén - szabályó fehérjék hozzákapcsolódnak a regulátor DNS szekvenicákhoz Baktériumok : - genom 4,6 x106 bp / 4300 gén; - génexpresszió és tápanyag források Triptofán operon triptofán represszor The clustered genes in E. coli that code for enzymes that manufacture the amino acid tryptophan. These five genes are transcribed as a single mRNA molecule, a feature that allows their expression to be controlled coordinately. Triptofán operon triptofán represszor The binding of tryptophan to the tryptophan repressor protein changes the conformation of the repressor. The conformational change enables this gene regulatory protein to bind tightly to a specific DNA sequence (the operator), thereby blocking transcription of the genes encoding the enzymes required to produce tryptophan (the trp operon). The three-dimensional structure of this bacterial helix-turn-helix protein, as determined by x-ray diffraction with and without tryptophan bound, is illustrated. Tryptophan binding increases the distance between the two recognition helices in the homodimer, allowing the repressor to fit snugly on the operator. (Adapted from R. Zhang et al., Nature 327:591–597, 1987.) promoter-közeli régiókhoz kötődnek és segítik az RNS-polimeráz II megkötését, majd a hatékony transzkripciót CAP CAP cAMP CAP cAMP A magas cAMP koncentráció jelzi a baktériumnak, hogy a glükóz koncentrációja alacsony a sejtben, és ennek következtében olyan gének lesznek bekapcsolva, amelyek más cukor molekulák degradációjában működnek közre. A lac-operon működését a lac represszor és a CAP aktivátor szabályozza A lac-operon azokat az enzimeket kódolja, amelyek a laktóz diszaharid importjáért és elbontásáért felelősek. Glükóz mint preferált C-forrás The mechanisms by which gene regulatory proteins control gene transcription in procaryotes. (A) Negative regulation; (B) positive regulation. Note that the addition of an “inducing” ligand can turn on a gene either by removing a gene repressor protein from the DNA (upper left panel) or by causing a gene activator protein to bind (lower right panel). Likewise, the addition of an “inhibitory” ligand can turn off a gene either by removing a gene activator protein from the DNA (upper right panel) or by causing a gene repressor protein to bind (lower left panel). Az eukarióta transzkripció szabályozása összetett. 4 alapvető különbség van a prokariota és eukariota transzkripciós reguláció között: Prokariotákban egy RNS-polimeráz van, míg az eukariotákban három, RNS-polimeráz I: rRNS gének; RNS-polimeráz II: fehérje-kódoló gének és kis RNS gének (spliceosome-ban lévők); RNS-polimeráz III: t-RNS gének, 5S rRNS gének, kis RNS gének A bakteriális RNS-polimeráz önmagában képes a transzkripció iniciációjára, azonban az eukarioták esetében az RNS-polimerázoknak szükségük van un. általános transzkripciós faktorokra. A baktériumokban az aktivátor és represszor molekulák kizárólag a promoterközeli elemekhez kötődnek. Az eukariotákban a promoter-közeli elemeken kívül számos és igencsak távoli szabályzó szekvencia létezik, amelyekhez ezek hozzá kötődhetnek, végtelen számú regulációs mechanizmust eredményeznek. Az eukariota transzkripció iniciációja során ki kell csomagolni a kromatin szerkezetet Az eukarioták RNS-polimeráz II. általános transzkripciós faktorai TATA-box majdnem minden eukariota promoterben megtalálható. TBP TATA-box DNS lokális disztorziója Transzkripciós iniciációs komplex összeszerelése RNS-polimeráz II megkezdi a transzkripciót, néhány transzkriptet processzáló fehérjét magával visz. Transzkripciós iniciációs komplex disszociációja Az eukariota transzkripció cisz szabályzása Az RNS polimeráz II a maximális transzkripció sebesség eléréséhez három cisz elemet, promotert, promoter-közeli és enhanszer silencer elemeket igényli. Transzkripciós iniciációs komplex GC-box CCAAT-box RNS polimeráz II kezdő-komplex Promoter- közeli elemek regulátor DNS – szekvenciák (10 bp -10 kb szakasz; több száz féle) Promoter A transzkripció transz szabályozása •Transz-ható transzkripciós faktorok (TAF-ok). Sok ismert. •Enhanszerekhez vagy a promoterhez kötődnek, segítik az RNS polimeráz II kezdő-komplex kialakulását. •Az élesztő TAF-ok két tagja, a GCN4 és a GAL4 nevezetes. A GCN4 aminosav bioszintetikus utak génjeit aktiválja. Aminosav éhezéskor a GCN4 mennyisége megnő, ami fokozza a szabályzott gének transzkripcióját. •GAL4 a galaktóz metabolizmus TAF-ja. Két doménből, DNS kötő és aktiváló doménből áll. Jól ismert, 17 nukleotid hosszú UAS-hez kötődik. Az eukariota transzkripció iniciálásában távoli genomikus régiók (enhanszer és silencer) is szerepet játszanak aktivátor és represszor fehérjék révén. Enhancerek/silencerek up- és/vagy downstream is elhelyezkedhetnek. Kromatin kihurkolás révén az enhancer/silencerek gén-reguláló fehérjéi közvetlenül a promoter régióra fejtik ki hatásukat. Az enhancer/silencerek gén-reguláló fehérjéi kromatin fehérjék révén befolyásolhatják a kromatin szerkezetét, azaz a promoter regió hozzáférhetőségét az RNS-polimeráz II és az általános transzkripciós faktorok esetébén. A promoter regió kromatin szerkezete befolyásolja a transzkripció iniciációját A nukleoszómák gátolják a transzkripciót, ha a promoter-régió közvetlenül felettük helyezkedik el. A transzkripció szabályzó apparátusa. kombinációs kontroll Sejtmemória: a differenciáció során a génexpressziós mintázat szigorúan szabályzott. tranziens génexpresszió szabályozása ideiglenes jellegű ehezés/fizikai terhelés day-to-day regulation of cell function Glükokortikoidok máj sejtekben: tirozin-aminotranszferáz szintézise fokozódik tirozin glükóz zsír sejtekben: tirozin-aminotranszferáz alíg fejeződik ki Ugyanaz az aktivátor vagy represszor több gén transzkripcióját is szabályozhatja A glükokortikoid receptor mint több gén transzkripciós szabályzó fehérjéje és sejtdifferenciáció Myoblasztok fúziója Myo D izomsejt Fibroblasztok Myo D aktin, myozin, ion csatorna, receptor gének és sejtdifferenciáció Különféle gén-reguláló fehérjék kombinációja többféle sejt típust eredményez Egy adott sejt génexpressziós mintázata átörökíthető az útodsejtekre. differenciálódott sejtek Sima izomsejtek, fibroblasztok, hepatociták képesek osztódni és átörökíteni …. a positive feedback loop can create cell memory A fő transzkripciós regulátor fehérje saját génexpresszióját is szabályozza. Az expressziós mintázat atörökítése a kromatin szerkezete révén (X kromoszóma inaktivació) A szervképződést egyetlen gén-reguláló fehérje kiválthatja. Ey mint gén-reguláló fehérje számos más gén expresszióját szabályozza, amelyek a szem kialakulásáért felelősek. A transzkripcós apparátuson kívül néhány tényező jelentős hatással lehet a transzkripció eredményességére. 1. A kódoló DNS szakasz metilálása (5-metilcitozin) megakadályozza a transzkripciót. 2. Az mRNS stabilitása befolyásolja a géntermék mennyiségét. Például a poliA farok stabilizálja a mRNS-t. Rövid féléletidejű mRNS-ek 3’ végén jellegzetes sorrendek ismerhetők fel, pl. A(U)nA ismétlődések jelentősen csökkentik a fél-élettartamot. The story of eve (even-skipped). Examples of the phenotypes of mutations affecting the three types of segmentation genes. In each case the areas shaded in green on the normal larva (left) are deleted in the mutant or are replaced by mirror-image duplicates of the unaffected regions. Anterior – posterior polaritás A petesejt citoplazmája nem homogén! The nonuniform distribution of four gene regulatory proteins in an early Drosophila embryo. At this stage the embryo is a syncytium, with multiple nuclei in a common cytoplasm. Although not illustrated in these drawings, all of these proteins are concentrated in the nuclei. 7 reguláló modul a promoter-közeli régióban Minden modul eltérő DNS szekvenciával rendelkezik és a négy GAP-fehérje koncentráció-gradíensének megfelelő kombinációja aktiválja egyedileg az eve gént a paraszegmentekben. Experiment demonstrating the modular construction of the eve gene regulatory region. (A) A 480-nucleotide-pair piece of the eve regulatory region was removed and inserted upstream of a test promoter that directs the synthesis of the enzyme β-galactosidase. (B) When this artificial construct was reintroduced into the genome of Drosophila embryos, the embryos expressed β-galactosidase (detectable by histochemical staining) precisely in the position of the second of the seven Eve stripes (C) The seven Eve stripes. The nuclei are exposed directly to positional cues in the form of concentrations of gene regulatory proteins Distribution of the gene regulatory proteins responsible for ensuring that eve is expressed in stripe 2. The distributions of these proteins were visualized by staining a developing Drosophila embryo with antibodies directed against each of the four proteins The expression of eve in stripe 2 occurs only at the position where the two activators (Bicoid and Hunchback) are present and the two repressors (Giant and Krüppel) are absent. In fly embryos that lack Krüppel, for example, stripe 2 expands posteriorly. The eve gene itself encodes a gene regulatory protein, which, after its pattern of expression is set up in seven stripes, regulates the expression of other Drosophila genes. As development proceeds, the embryo is thus subdivided into finer and finer regions that eventually give rise to the different body parts of the adult fly. 2 unit. The segment of the eve gene control region identified in the previous figure contains encoded by the even-skipped (eve) gene in a developing Drosophila embryo. Two and one